C语言编译预处理技术一本道来

一个

.c

程序，从人懂到计算机懂的流程

预编译(不会去报错，没有真正的到达编译环境)

处理所有的注释，以空格代替

将所有的#define删除，并且展开所有的宏定义

处理条件编译指令#if，#ifdef，#elif，#else，#endif

处理#include，展开被包含的文件

保留编译器需要的#pragma指令

预处理指令(gcc)

gcc -E file.c -o file.i

编译（进行词法和语法分析）

对预处理文件进行词法与语法分析，语意分析

词法分析主要分析关键字，标识符，立即数等是否合法

语法分析主要分析表达式是否遵循语法规则

语义分析在语法分析的基础上进一步分析表达式是否合法

分析结束后进行代码优化生成相应的汇编文件

编译指令

gcc -S file.c -o file.s

汇编

汇编器将汇编代码转变为机器可以执行的指令

每个汇编命令几乎都对应着一条机器指令

汇编指令：

gcc -c file.s -o file.o

链接器的意义

调用操作系统里面内置一些动态连接库

总结

编译器将编译工作分为三步预处理，编译，汇编

连接器的工作是把各个独立的模块连接为可执行程序

静态连接在编译期完成，动态连接在运行期完成

宏定义与使用分析

定义宏常量

#define定义宏常量可以出现在函数的任何地方

#define从本行开始，之后的代码都可以使用这个宏常量

宏表达式

#define表达式给人函数调用的假象，但是并不是函数

#define表达式可以比函数更加强大

#define表达式比函数更容易出错

容易出错的宏表达式

#define SUM(a,b)( (a)+(b)）//不加括号会产生细节错误

void main()

{

int a=3,b=4;

int i=SUM(a,b)*SUM(a,b);

}

结果为

49

如果我们写成

#include<stdio.h>
#define SUM(a,b) (a)+(b)//不加括号会产生细节错误
void main()
{
int a=3,b=4;
int i=SUM(a,b)*SUM(a,b);
printf("%d\n",i);
}

结果为

19

压死程序的最后一个括号

产生错误，我们要分析他的缘由，通过预处理命令得到预处理结果，我们会发现程序变成:

void main()
{
int a=3,b=4;
int i=(a)+(b)*(a)+(b);
printf("%d\n",i);
}

所以，宏函数虽好，可不要贪用哦

好用的宏表达式

求数组的个数

#define DIM(array)(sizeof(array)/sizeof(*array))

这样一个宏解决函数解决不了的问题

最佳示例

#include<stdio.h>
#define MIN(b,c)((b)<(c)?(b):(c))
int main()
{
int a=2,b=5;
printf("%d\n",MIN(a++,b));
return 0;
}

答案为

３

，我们通过编译预处理，就知道为什么了

最不像C语言的C语言

#include<stdio.h>
#include<malloc.h>
#define MALLOC(type,n) (type*)malloc(sizeof(type)*n)
#define FOREACH(b,e) for(i=b;i<e;i++)
void main()
{
int i=0;
int a[]={1,2,3,4,5};
int *p=MALLOC(int,5);
FOREACH(0,5)
{
p[i]=a[i];
}
FOREACH(0,5)
{
printf("%d\n",p[i]);
}

}

这个例子主要表达了宏的作用

宏表达式与函数的对比

宏表达式在预编译期被处理，编译器不知道宏表达式的存在

宏表达式用“实参”完全代替形参，不进行任何运算

宏表达式没有任何的“调用”开销(具体在讲到函数时候，在讲)

宏表达式不能出现递归调用

内置的宏

宏	含义	示例
__FILE__	被编译的文件名	file1.c
__LINE__	当前行号	25
__DATE__	编译的时间日期	Jan 31 2017
__TIME__	编译时的时间	17:01:01
__STDC__	标准Ｃ	１

最佳实践

宏日志

#include<stdio.h>
#include<time.h>
#define LOG(s) do                                                          \
{                                                                          \
time_t t;                                                              \
struct tm* ti;                                                         \
time(&t);                                                              \
ti=localtime(&t);                                                      \
printf("%s,%s:%d %s\n",asctime(ti),__FILE__,__LINE__,s);               \
}while(0)
void main()
{
LOG("ENTER the main");

}

这个可以直接放在一个头文件里面当做库来用，当然还可以优化.

条件编译使用分析

if…#else…#endif,,,在编译期之前就已经处理好了

条件编译的行为类似于C语言中的if…else…

条件编译是预编译指示指令，用于控制是否编译某段代码

简单示例

#include<stdio.h>
#define D 1
int main()
{
#if(D==1)
printf("D==1\n");
#else
printf("D!=1\n");
#endif
}

条件编译的用处

判断头文件中是否有相同的变量

程序１

global .h

#ifndef _GLPBAL_H_
#define _GLPBAL_H_
int global = 10;
d4f5
#endif

程序２

test.h

#include <stdio.h>
#include "global.h"

const char* NAME = "Hello world!";

void f()
{
printf("Hello world!\n");
}

程序３

test.c

#include <stdio.h>
#include "global.h"

const char* NAME = "Hello world!";

void f()
{
printf("Hello world!\n");
}

头文件global.h调用了两次，是不是重复调用呢?很显然，我们通过条件编译技术，防止了重复调用。

条件编译的意义

条件编译使得我们可以按照不同的条件编译不同的代码段

if…#else,,#endif被预编译器处理，而if..else语句被编译器处理，必然被编译进入目标代码

实际工程中条件编译主要用于以下两种情况：

不同的产品线公用一份代码

区分编译产品的调试版和发布版

区分编译产品的调试版和发布版,最佳示例

#include <stdio.h>

#ifdef DEBUG
#define LOG(s) printf("[%s:%d] %s\n", __FILE__, __LINE__, s)
#else
#define LOG(s) NULL
#endif

#ifdef HIGH
void f()
{
printf("This is the high level product!\n");
}
#else
void f()
{
}
#endif

int main()
{
LOG("Enter main() ...");

f();

printf("1. Query Information.\n");
printf("2. Record Information.\n");
printf("3. Delete Information.\n");

#ifdef HIGH
printf("4. High Level Query.\n");
printf("5. Mannul Service.\n");
printf("6. Exit.\n");
#else
printf("4. Exit.\n");
#endif

LOG("Exit main() ...");

return 0;
}

同一份代码我们通过 DEBUG,或者ＨＩＧＨ，ＬＯＷ来控制,不同的版本

小结

通过命令行能够定义宏

条件编译可以避免重复包含头文件

条件编译是在工程中开发中可以去边不同产品线的代码

条件编译可以定义产品的发布版和调试版

#include的困惑

#include的本质是将已经存在的文件内容嵌入到当前文件中

#include的间接包含同样会产生嵌入文件内容的动作

当然这一切动作都是在编译预处理之前完成的

#error和#line

# error

#error用于生成一个编译错误的消息，并停止编译

用法

#error message
注：message不需要用双引号包围

最佳实例

#include<stdio.h>
int main()
{
#ifndef COMMAND
#warning you have not dingYi COMMAND
#error No COMMAND
#endif
printf("%s\n",COMMAND);
}

#line

用法一

#line用于强制指定新的行号和编译文件名，并对源程序的代码从新编号

#include<stdio.h>
#line 14 "hello.c"
void f()
{
return 0;
}
void main()
{
f();
}

报错信息

ello.c: In function ‘f’:
hello.c:16:9: warning: ‘return’ with a value, in function returning void

这里将line所在的行号改为14行,所以return 0为16行

用法二

我们也可以用line来指定是谁写的

格式

#line 1 "傻帽写的"

#的本质是重定义LINE和FILE

/#error编译指示字用于自定义程序员特有的编译错误消息

类似的，#warning用于生成编译警告信息，不会停止编译

#pragma预处理分析

#pragma是编译器指示字，用于指示编译器完成一些特定的操作

#pragma说定义的很多指示字是编译器和操作系统独有的

#pragma在不同的编译器将是不可移植的

一般用法 #pragma parameter(不同的parameter参数语法有不同的意义)

pragma message

message参数在大多数的编译器中都有相似的实现

message参数在编译输出消息到编译输出窗口中

message可用于代码的版本控制

最佳实例

#include<stdio.h>

#if defined ANDROID20
#pragma message("the version is 20..")
#define VERSION "ANDROID20"
#else
#pragma message("hehe")
#endif

int main()

{

printf("%s,\n",VERSION);

return 0;

}

#pragma pack

什么是内存对齐

不同类型的数据在内存中按照一定的规则排列；而不是顺序的一个接一个的排放，这就是对齐

为什么需要内存对齐？

CPU对内存的读取不是连续的，而是分层块读取的，块的大小只能是1,2,4,8,16字节

当读取操作的数据未对齐，则需要腾出总线周期来访问内存，因此性能会大打折扣

某些硬件平台只能从规定的地址处取某些特定类型的数据，否则抛出异常

pragma pack能够改变编译器的默认对齐方式

#pragma pack(2)

struct Test1
{
char c1;
short s;
char c2;
int i;
}

#pragma pack()

struct

占用的内存大小

第一个成员起始于0的偏移处

每个成员按其类型大小和指定对齐参数n中较小的一个进行对齐

偏移地址和成员占用大小均需对其

结构体成员的对齐参数为其所有成员使用的对齐参数的最大值

结构体总长度必须为对齐参数的整数倍

​

最佳演算



从图中可以看出，一开始

char c1

起始位置为０，大小为１。第二个是

short

占

2

个字节，所以第一个块分配完成，第二个块从

c2

开始，但是，

i

的大小为

4

所以，第二个块剩余部分无法填充，只能开第三个块.三个块的大小就是

3*4=12

个字节

如果我们把程序换下位置

#include<stdio.h>
struct S1{
char c1;
char s;
short c2;
int i;
};
int main(){
struct S1 s1;
printf("%d\n",(int)sizeof(struct S1));
return 0;
}

大小就变成

8

最佳示例

#include <stdio.h>
#pragma pack(8)
struct S1
{
short a;
long b;
};
struct S2
{
char c;
struct S1 d;
double e;
};
#pragma pack()
int main()
{
struct S2 s2;

printf("%d\n", sizeof(struct S1));
printf("%d\n", sizeof(struct S2));

return 0;
}

注意

gcc没有八个字节对齐

#和##运算符使用解析

#预处理指令开始指令

#运算符号用于在编译期将宏参数转换为字符串

重要技巧点

转化成字符串的函数

#include<stdio.h>
#define CONVERS(x) #x
int main()
{
printf("%s\n",CONVERS(helloworld!));
printf("%s\n",CONVERS(100));
return 0;
}

输出的结果为

hello world

和

100

#运算符在宏中的妙用

#include<stdio.h>
#define CALL(f,p) (printf("CALL function %s\n",#f),f(p))
int square(int n)
{
return n*n;
}
int f(int x)
{
return x;
}
void main()
{
printf("1.%d\n",CALL(square,4));
printf("2.%d\n",CALL(f,10));
}

##运算符用于在编译期沾粘两个符号

#include<stdio.h>
#define NAME(n) name##n
int main()
{
int NAME(1);
int NAME(2);
NAME(1)=1;
NAME(2)=2;
printf("%d\n",NAME(1));
printf("%d\n",NAME(2));
return 0;
}

编译预处理后NAME(1)就变成NAME1,NAME(2)就变成NAME2

最佳用法

利用##定义结构类型

超偷懒

#include<stdio.h>
#define STRUCT(type) typedef struct _tag_##type type;\
struct _tag_##type

STRUCT(Student)
{
char * name;
int score;
};
void main()
{
Student s1;
s1.name="hehe";
s1.score=10;
printf("%s\n",s1.name);
printf("%d\n",s1.score);
}

相比

typedef struct Student
{
char * name;
int score;
}Student;

简单好多